Плазмиды

Плазмиды бактерий, виды плазмид и их роль в детерминации патогенных признаков и лекарственной устойчивости

Плазмиды

Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. По размерам составляют 0,1—5 % ДНК хромосомы.

Плаз­миды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интег­рировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней.

Разли­чают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссив­ные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую.

Среди фенотипических признаков, сооб­щаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1) устойчивость к антибиотикам;

2) образование колицинов;

3) продукция факторов патогенности;

4) способность к синтезу антибиотических веществ;

5) расщепление сложных органических ве­ществ;

6) образование ферментов рестрикции и модификации.

Термин «плазмиды» впервые введен американским ученым Дж. Ледербергом (1952) для обозначения полового фактора бак­терий. Плазмиды несут гены, не обязательные для клетки-хозя­ина, придают бактериям дополнительные свойства, которые в определенных условиях окружающей среды обеспечивают их вре­менные преимущества по сравнению с бесплазмидными бакте­риями.

Некоторые плазмиды находятся под стро­гим контролем. Это означает, что их реплика­ция сопряжена с репликацией хромосомы так, что в каждой бактериальной клетке присутс­твует одна или, по крайней мере, несколько копий плазмид.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных реплико-нов их принято разбивать на группы совмести­мости. Несовместимость плазмид связана с не­способностью двух плазмид стабильно сохра­няться в одной и той же бактериальной клетке. Несовместимость свойственна тем плазмидам, которые обладают высоким сходством репликонов, поддержание которых в клетке регули­руется одним и тем же механизмом.

Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами.

У бактерий различных видов обнаружены R-плазмиды, несу­щие гены, ответственные за множественную устойчивость к лекарственным препаратам — антибиотикам, сульфаниламидам и др., F-плазмиды, или половой фактор бактерий, определяющий их способность к конъюгации и образованию половых пилей, Ent-плазмиды, детерминирующие продукцию энтеротоксина.

Плазмиды могут определять вирулентность бактерий, напри­мер возбудителей чумы, столбняка, способность почвенных бак­терий использовать необычные источники углерода, контроли­ровать синтез белковых антибиотикоподобных веществ — бактериоцинов, детерминируемых плазмидами бактериоциногении, и т. д. Существование множества других плазмид у микроорганиз­мов позволяет полагать, что аналогичные структуры широко рас­пространены у самых разнообразных микроорганизмов.

Плазмиды подвержены рекомбинациям, мутациям, могут быть элиминированы (удалены) из бактерий, что, однако, не влияет на их основные свойства.

Плазмиды являются удобной моделью для экспериментов по искусственной реконструкции генетичес­кого материала, широко используются в генетической инжене­рии для получения рекомбинантных штаммов.

Бла­годаря быстрому самокопированию и возможности конъюгаци-онной передачи плазмид внутри вида, между видами или даже родами плазмиды играют важную роль в эволюции бактерий

34) распространение микроорганизмов в окружающей среде. Понятие о микробных биоценозах. Экологические связи в микробиоценозах симбиоз, комменсализм, паразитизм.

Микроорганизмы распространены повсюду. Они заселяют почву, воду, воздух, растения, организмы животных и людей- экологические среды обитания микробов.

Выделяют свободноживущие и паразитические микроорганизмы.

Всюду, где есть хоть какие- то источники энергии, углерода, азота, кислорода и водорода (кирпичиков всего живого), обязательно встречаются микроорганизмы, различающиеся по своим физиологическим потребностям и занимающих свои экологические ниши. Титаническая роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе имеет исключительное значение для поддержания динамического равновесия биосферы.

Микроорганизмы в экологических нишах сосуществуют в виде сложных ассоциаций- биоценозов с различными типами взаимоотношений, в конечном счете обеспечивающих сосуществование многочисленных видов прокариот и различных царств жизни.

Все типы взаимоотношений микроорганизмов объединяются понятием симбиоз. Он может быть антогонистическим и синэргическим.

Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе.

Под круговоротом веществ в природе понимают циклы превращения химических элементов, из которых построены живые существа, происходящие вследствие разнообразия и гибкости метаболизма микроорганизмов.

Наибольшее значение для всего живого имеет обмен (кругооборот) углерода, кислорода, водорода, азота, серы, фосфора и железа. Этапы кругооборота различных химических элементов осуществляется микроорганизмами разных групп.

Непрерывное существование каждой группы зависит от химических превращений элементов, осуществляемых другими группами микроорганизмов.

Жизнь на Земле непрерывна, поскольку все основные элементы жизни подвергаются циклическим превращениям, в значительной степени определяемых микроорганизмами

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: //studopedia.ru/12_118535_plazmidi-bakteriy-vidi-plazmid-i-ih-rol-v-determinatsii-patogennih-priznakov-i-lekarstvennoy-ustoychivosti.html

Плазмиды

Плазмиды

Внехромосомные факторы наследственности

Эволюция организмов происходит благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям.

Внехромосомные факторы наследственности у бактерийпредставленыплазмидами, мигрирующими генетическими элементами (транспозонами), инсерционными (вставочными, IS-последовательностями). Они не являются жизненно необходимыми, но могут придавать бактериям определенные селек­тивные преимущества, напр., резистентность к антибиотикам.

Плазмиды располагаются в цитоплазме бактерий. Количество их в бактериальной клетке может быть от 1 до 200. Плазмиды представлены кольцевой двухцепочечной ДНК длиной от 2 до 600 тыс. пар нуклеотидов, несущий 10-100 генов.

Благодаря кольцевой структуре ДНК плазмиды не подвергаются действию экзонуклеаз — ферментов, вызывающих деградацию ДНК.

Существуют также линейные плазмиды, резистентность которых к действию экзонуклеаз обеспечивается тем, что концы их нитей защищены белками или соединяются ковалентно.

Признаки, объединяющие плазмиды в одно царство с вирусами:

– отсутствие собственных систем мобилизации энергии и синтеза белка;

– саморепликация генома;

– абсолютный внутриклеточный паразитизм.

Признаки, выделяющие плазмиды в отдельный класс:

– среда обитания — только бактерии (среди вирусов имеются бактериофаги, вирусы растений, вирусы животных);

– сосуществуют с бактериями, наделяя их дополнительными свойствами (у вирусов эти свойства могут быть только у умеренных фагов при лизогении бактерий, чаще всего вирусы вызывают лизис клеток);

– геном «голый», не имеет оболочки;

– репликация не требует синтеза структурных белков и процессов самосборки;

– могут встраиваться в хромосому бактерий (интегративные плазмиды) или находиться в виде отдельной замкнутой молекулы ДНК, способной к автономной репликации — автономные плазмиды (эписомы).

Интегративные плазмиды содержат специфические инсерционные последовательности (IS–элементы), имеющие в своем составе ген, ответственный за сайт-специфическую рекомбинацию. В интегрированном состоянии плазмиды способны неопределенно долго существовать в составе хромосомы, реплицируясь вместе с ней, как обычные хромосомные гены.

Плазмиды содержат сайт начала репликации и набор генов, необходимых для ее осуществления. Однако поскольку в процессе репликации ДНК участвует множество белков, в репликации плазмид участвуют и белки клетки-хозяина.

Поскольку эти белки у разных видов бактерий отличаются друг от друга, то плазмиды могут существовать только в ограниченном числе близкородственных видов бактерий. Однако известны плазмиды, имеющие широкий круг хозяев.

Они обладают отличиями в наборе белков, необходимых для их поддержания в различных бактериях.

Переход плазмиды в автономное состояние и реализация запи­санной в ней информации часто связаны с индуцирующими воздей­ствиями внешней среды. В некоторых случаях продукты плазмидных генов могут способствовать выживанию несущих их бактерий.

Само­стоятельная репликация плазмидной ДНК способствует ее сохране­нию и распространению в потомстве.

Встраивание плазмид, так же как и профагов, происходит только в гомологичные участки бактери­альной хромосомы, в то время как IS–последовательностей и транспозонов — в любой ее участок.

Плазмиды могут распространяться по вертикали (при клеточном делении) и по горизонтали (путем конъюгационного переноса). В зависимости от наличия или отсутствия механизма самопереноса (его контролируют гены tra–оперона) выделяют конъюгативные и неконъюгативные плазмиды.

Конъюгативные (трансмиссивные) плазмиды обладают способностью передавать свою копию в другие клетки методом конъюгации.

Конъюгативные плазмиды содержат в своем геноме гены, ответственные за образование конъюгационного мостика между клетками, по которому может переноситься одна из нитей плазмидной или бактериальной ДНК. Чаще всего конъюгативными являются F– или R–плазмиды.

Конъюгативные плазмиды крупные (25–150 млн Д), часто выявляются у Грам- палочек, делятся синхронно с нуклеоидом, обычно в клетке 1–2 копии. Они переносятся от бактерии к бактерии внутри вида или между представителями близкородственных видов.

Среди них есть плазмиды как с узким, так и с широким кругом хозяев. Они играют важную роль в эволюции бактерий, способствуя распространению генов среди бактерий разных видов и родов. Это явление получило название горизонтального переноса генов.

Неконъюгативные (нетрансмиссивные) плазмиды не способны запускать конъюгацию, имеют небольшие размеры, характерны для Грам+ кокков, но встречаются также у некоторых Грам- бактерий (напр., у H. influenzae, N. gonorrhoeae).

Неконъюгативные плазмиды делятся чаще нуклеоида, могут присутствовать в больших количествах (более 30 на клетку), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве во время клеточного деления.

Неконъюгативные плазмиды могут передаваться при конъюгации одновременно с конъюгативными (при наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид) или при трансдукции.

Функции плазмид:

регуляторная— компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида (напр., при интеграции плаз­миды в состав поврежденного бактериального генома, неспособного к репликации, его функция восстанавливается за счет плазмидного репликона);

кодирующая — вносит в бактериальную клетку новую информацию:

· индуцирует деление,

· контролирует синтез факторов патогенности,

· совершенствует защиту бактерий (синтез бактериоцинов, резистентность к антибиотикам);

· обеспечивает выживание в необычных условиях: при действии катионов (висмута, кадмия, ртути, свинца, сурьмы), анионов (арсената, арсенита), мутагенов (акридинов, этидиум-бромида, УФО).

Виды плазмид:

1. Fплазмиды — половой фактор, F–фактор, фактор фертильности (англ. fertility — плодовитость). F–плазмиды выполняют донорские функции, индуцируют деление.

Они могут находится как в интегрированном состоянии (Hfr–клетки — от англ. high frequency of recombinations — высокая частота рекомбинаций), так и в автономном состоянии (F+–клетки).

Интегрированные F–плазмиды переносят свою генети­ческую информацию и часть генетической информации хромосомы в реципиентную клетку. Перенос генетического материала детерминируется tra–опероном F–плазмиды (от англ. transfer— перенос), обеспечивающим ее конъюгативность.

F–плазмиду можно элиминировать изклетки, обработав последнюю акридиновым оранжевым. В результате этого клетки теряют свойства донора.

2. R-плазмиды — R–фактор, фактор резистентности (англ. resistance — устойчивость) детерминируют множественную резистентность к антимикробным препаратам. R–плазмиды имеют более сложное строение, в их состав входит r–оперон, который может содержать более мелкие мигрирующие элементы (IS–последовательности, транспозоны и tra-опероны).

Трансмиссивные R–плазмиды содержат 2 области генов: гены, контролирующие лекарственную резистентность и гены, контролирующие перенос R–плазмид при конъюгации (у Грам- бактерий).

Нетрансмиссивные R–плазмиды передаются при трансформации, при трансдукции (у Г+ бактерий), при конъюгации в случае интеграции с трансмиссивными плазмидами.

R-плазмиды могут передаваться бактериям других видов, так как критерий репродуктивной изоляции отсутствует. Передача R–плазмид привела к их широкому распространению среди патогенных и УП бактерий, что чрезвычайно осложнило химиотерапию вызываемых ими заболеваний.

3. Плазмидыбактериоциногенности детерминируют синтез бактериоцинов (колицинов, стафилоцинов, вибриоцинов, пестицинов) — белковых антибиотикоподобных веществ, обладающих бактерицидным действием в отношении близкородственных видов микроорганизмов. Они редко интегрируют в нуклеоид.

Бактериоцины являются одним из механизмов межвидовой конкуренции и не действуют на клетки, несущие плазмиды бактериоциногенности такого же типа. Напр., Col–плазмиды участвуют в поддержании эубиоза кишечника.

Механизмы бактерицидного действия бактериоцинов:

– нарушение функции рибосом;

– ферментативное разрушение ДНК (являются нуклеазами);

– нарушение функции ЦПМ.

Известно более 25 типов колицинов (A, B, C, D, E1, E2, К и др.), отличающихся по физико-химическим и антигенным свойствам, а также по способности адсорбироваться на определенных участках поверхности бактериальных клеток.

Способность продуцировать различные типы колицинов используется для типирования бактерий при проведении эпидемиологического анализа вызываемых ими заболеваний:

– колициногенотипипрование — определение типа Col–плазмиды;

– колицинотипипрование — определение типа колицина.

4. Плазмиды вирулентности контролируют вирулентные свойства микроорганизмов, детерминируя синтез факторов патогенности:

CF+ плазмиды – контролируют адгезию;

– – плазмиды, контролирующие синтез пенетринов;

Hlyплазмиды — определяют синтез гемолизинов;

Entплазмиды — определяют синтез энтеротоксинов;

Toxплазмиды — определяют токсинообразование.

Развитие инфекционного процесса, вызванного возбудителями чумы, сибирской язвы, кишечного иерсиниоза, боррелиоза связано с функционированием плазмид вирулентности.

5. Dплазмиды– плазмиды биодеградации, несут информацию об утилизации органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углерода, азота и энергии (в т. ч.

различные сахара и необычные аминокислоты, камфору, ксилол, нафталин, толуол).

Обеспечивают патогенным бактериям селективные преимущества во время пребывания на объектах окружающей среды и в организме человека (уропатогенные штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизации мочевины).

Близкородственные плазмиды не способны стабильно сосуществовать, что позволило объединить их по степени родства в Inc–группы (англ. incompatibility — несовместимость). Насчитывается более двух десятков групп несовместимости, объединяющих родственные плазмиды.

Мобильные (мигрирующие) генетические элементы

Мобильные (мигрирующие) генетические элементы(прыгающие гены) — участки ДНК, способные к транспозиции (случайному переносу) внутри одной клетки как внутри одного генома, так и между геномами (плазмидным и хромосомным, плазмидным и фаговым), не способны к самостоятельной репликации, размножаются в составе бактериальной хромосомы или плазмид. Транспозиция обеспечивается ферментом рекомбинации транспозазой.

Преимущество мобильной организации генов заключается в возможности быстрой адаптации бактерий к условиям окружающей среды. Такой механизм изменчивости объясняет формирование новых типов возбудителей инфекционных заболеваний.

Ген, детерминирующий синтез фактора патогенности, при попадании в другую бактерию может по-иному взаимодействовать с уже имеющимися факторами патогенности, обусловливая различную степень вирулентности и изменение картины инфекционного процесса.

Источник: //studopedia.su/15_124163_plazmidi.html

Плазмиды – это… Функция плазмид

Плазмиды

В этой статье содержится информация о загадочных и сложных молекулярных структурах различных клеток, чаще бактерий, – плазмидах. Здесь вы найдете информацию об их строении, предназначении, способах репликации, общей характеристике и многом другом.

Чем являются плазмиды

Плазмиды – это ДНК-молекулы, которые имеют маленький размер и по физическому положению отделяются от клеточных хромосом геномного типа. Имеют способность к автономному процессу репликации. В основном плазмиды встречаются в бактериальных организмах. Внешне это молекула, имеющая кольцевой двухцепочечный вид. Крайне редко плазмиды можно встретить у архей и эукариотических организмов.

Как правило, плазмиды бактерий содержат генетическую информацию, способную повысить устойчивость организма к факторам внешней природы, негативно влияющим на состояние организма, в котором они находятся.

Иными словами, плазмиды могут снижать эффективность антибиотиков в связи с повышением устойчивости самой бактерии. Часто встречается процесс передачи плазмид от бактерии к бактерии.

Плазмиды – это структурные элементы, являющиеся средством действенного переноса генетической информации горизонтальным способом.

Д. Ледерберг – молекулярный биолог, ученый родом из США, ввел понятие плазмида в 1952.

Размерные величины плазмид и их численность

Плазмиды – это структуры, имеющие самые разнообразные величины.

Мельчайшие формы могут содержать в себе около двух тысяч парных оснований или меньше, в то время как другие, крупнейшие формы плазмид, заключают в себе по несколько сотен тысяч оснований парного типа.

Знание этого позволяет провести черту между мегаплазмидами и мини-хромосомами. Существуют бактерии, способные заключать в себе плазмиды различного типа. При этом общая сумма их генетического материала может превосходить размер материала клетки-хозяина.

Количество копий плазмид, находящихся в одной клетке, может сильно варьироваться. Например, в одной клетке их может быть всего пара, в то время как в другой число плазмид одного типа доходит до десятков или же сотен. Количество их обусловлено репликационным характером.

Плазмиды – это клеточные структурные элементы способные к автономной репликации. То есть они могут реплицироваться самостоятельно, не подвергаясь контролю хромосомы.

В то же время хромосома может контролировать сами плазмиды. В случае со строгим контролем количество реплицируемых плазмид обычно мало, около 1-3.

Плазмиды мелких размеров чаще подвергаются ослабленному виду контроля и могут создавать большее количество копий.

Процесс репликации

Бактериальные плазмиды способны автономно реплицироваться. Однако данный процесс в разной степени подвергается хромосомному контролю. Это обуславливается отсутствием некоторых необходимых генов. Ввиду этого в процесс репликации плазмид включаются клеточные ферменты.

Этап репликации делится на стадию инициации, элонгации и терминации. ДНК-полимераза начнет репликацию лишь после ее затравки при помощи праймера. Сначала открывается цепь и происходит праймирование РНК, следом разрывается одна из цепей и образуется свободный 3`-OH конец.

Чаще всего этап инициации происходит под действием белков-катализаторов, кодируемых плазмидой. Иногда эти же белки могут вступать в процесс віработки праймера.

Элонгация происходит при помощи голофермента ДНК-полимеразы III (иногда I) и некоторых клеточных белках, состоящих в реплисоме.

Терминация репликации может начинаться лишь при наличии некоторых условий.

Принципы репликационного контроля

Контроль механизмов репликации осуществляется на этапе репликационной инициации. Это позволяет удерживать численность плазмид в строгом количестве. К молекулам, способным осуществлять его, относятся:

  1. РНК, имеющие противоположную полярность.
  2. ДНК – последовательность (итерон).
  3. РНК, имеющие противоположную полярность, и белки.

Данные механизмы обуславливают частоту повтора циклов воссоздания плазмид внутри клетки, они также фиксируют любые отклонения от нормы частоты.

Виды механизмов репликации

Существует три механизма репликации плазмид:

  1. Тета-механизм состоит из этапа расплетания 2-х цепей родителей, синтеза праймера РНК на каждой цепи, репликационной инициации за счет нарастания ковалентного типа пРНК на обоих цепях и синтеза соответствующей цепочки ДНК на родительских цепях. Несмотря на то что процесс синтеза происходит одновременно, одна из цепей является лидером, а другая отстает.
  2. Замещение цепи – вытеснение новосинтезированной цепью ДНК одной из родительских. В результате такого механизма образуется ДНК кольцевой формы одноцепочного типа и суперспирализованная ДНК с двумя цепями. ДНК из одной цепочки позже будет восстанавливаться.
  3. Механизм репликации катящегося кольца – представляет собой разрыв одноцепочной ДНК при помощи белка Rep. В результате этого образуется группа 3`-OH, которая будет выступать в роли праймера. Данный механизм протекает при помощи различных белков клетки-носителя, например, хеликазы ДНК.

Способы передачи

Плазмиды попадают в клетку, используя один из двух путей. Первый путь – это установление контакта между клеткой-носителем и клеткой, которая не содержит плазмид, в результате процесса конъюгации.

Существуют конъюгативные плазмиды у бактерий грамположительных и грамотрицательных. К первому способу также относятся передачи в момент трансдукции или трансформации.

Второй путь осуществляется искусственно, путем внедрения плазмид в клетку, при этом организм должен пережить экспрессию генов клетки-носителя, то есть приобрести компетентность клетки.

Выполняемые функции

Роль плазмид, как правило, заключается в придании клетке-носителю определенных свойств.

Некоторые из них могут практически не влиять на фенотипические характеристики своего хозяина, в то время как другие способны вызвать проявление у носителя свойств, дающих ему превосходство над другими такими же клетками.

Это превосходство поможет клетке-хозяину лучше переживать вредные условия среды, в которой она обитает. В случаи отсутствия таких плазмид клетка либо будет плохо расти и развиваться, либо вовсе погибнет.

Плазмиды – это многофункциональная составная клетки. Они выполняют огромнейшее количество функций:

  1. Транспорт генетической информации во время протекания конъюгации. Обычно это делает F-плазмид.
  2. Бактериоциногенные плазмиды контролируют белковый синтез, который может приводить к гибели других бактерий. Этим занимаются в основном Col-плазмиды.
  3. Hly-плазмида занимается синтезом гемолизина.
  4. Обуславливают сопротивляемость воздействию тяжелых металлов.
  5. R-плазмида – повышает сопротивляемость антибиотическим средствам.
  6. Ent-плазмида – позволяет синтезироваться энтеротоксинам.
  7. Некоторые из них увеличивают степень устойчивости к ультрафиолетовому излучению.
  8. Плазмиды колонизационных антигенов позволяют бактериальной адгезии проходить на клеточной поверхности внутри организма животных.
  9. Определенные из их представителей отвечают за разрез ДНК-цепи, то есть за рестрикцию, а также модификацию.
  10. Плазмиды САМ обуславливают камфорное расщепление, плазмиды XYL расщепляют ксилол, а плазмиды SAL – салицилат.

Наиболее изученные виды

Наиболее хорошо человек изучил свойства плазмид F, R и Col.

F-плазмида – это самая известная конъгативная плазмида. Представляет собой эписому, состоящую из ста тысячи оснований парного типа. Имеет собственную точку репликационного начала и точку разрыва. Как и другие плазмиды конъюгативного типа, занимается кодированием белков, способных противодействовать процессу прикрепления пилей остальных бактериальных организмов к стенке конкретной клетки.

Кроме стандартной информации, содержит в себе локусы tra и trb, которые организуют общий, целостный оперон, содержащий в себе тридцать четыре тысячи парных оснований. Гены, находящиеся в этом опероне, отвечают за разнообразные аспекты конъюгации.

R-плазмида (фактор) – является молекулой ДНК и имеет кольцевую форму. ДНК плазмиды заключают в себе информацию, отвечающую за протекание и реализацию процесса репликации и переноса резистентных свойств внутрь клетки-реципиента.

Они же определяют уровень устойчивость клетки определенным антибиотикам. Некоторые из R-плазмид являются конъюгативными. Передача R-фактора происходит в результате трансдукции и стандартного клеточного деления.

Они способны передаваться между отличными друг от друга видами или даже семействами.

Именно эта форма плазмид часто вызывает проблемы в процессе лечения заболеваний бактериальной природы при использовании известных на сегодня антибиотических средств.

Col-плазмиды отвечают за синтез колицина – особенного белка, способного подавлять процессы развития и размножения всех бактерий, кроме самого носителя.

Характеристика классификации

Вся система классификации строится в соответствии с некоторыми свойствами плазмид:

  1. Способы репликации и его механизм протекания.
  2. Наличие общего круга носителей.
  3. Особенности копийности.
  4. Топологические характеристики плазмид.
  5. Совместимость.
  6. Не/конъюгативные плазмиды.
  7. Наличие маркерного гена, находящегося на плазмиде.

Однако в любом способе их классификации содержится точка репликационной инициации.

Области применения плазмид

Функция плазмид при использовании их человеком заключается в способе создания клонированной копии ДНК. Сами плазмиды выступают в роли вектора.

Репликационная способность плазмидов позволяет воссоздавать рекомбинантную ДНК в клетке-носителе. Широкое использование они нашли в генной инженерии.

В этой отрасли науки плазмиды создаются искусственным путем для переноса информации генетического типа или каких-либо манипуляционных действий с генетическим материалом.

Понятие об этих клеточных компонентах встречается и в игровой индустрии (“Биошок”). Плазмиды выполняют функцию особых веществ, которые способны придать организму уникальные свойства.

Важно знать, что игровые плазмиды не имеют практически ничего общего с реально существующими.

В игре, выполненной в жанре шутера с элементами RPG, которая называется Bioshock, плазмиды являются генетической модификацией определенных свойств организма, их изменением и способом придания сверхспособностей.

Источник: //FB.ru/article/322466/plazmidyi---eto-funktsiya-plazmid

Внехромосомные факторы наследственности бактерий. Плазмиды бактерии. Виды плазмид. Функции плазмид бактерий

Плазмиды

Оглавление темы “Оценка роста бактерий. Спорообразование бактериями. Генетика бактерий.”:
1. Двухфазный рост бактерий. Диауксия. Рост без деления. Оценка роста бактерий. Количественная оценка роста бактерий.
2. Факторы влияющие на рост бактерий. Культуральные среды для роста бактерий. Простые и сложные культуральные среды.

Твердые и жидкие культуральные среды.
3. Температура роста бактерий. Мезофильные бактерии. Термофильные бактерии. Психрофильные бактерии. Аэрация бактерий.
4. Величина рН необходимая для роста бактерий. Пигменты бактерий. Виды пигментов. Функции пигментов бактерий.
5. Спорообразование бактериями. Споры бактерий. Спорангии. Эндоспоры. Экзоспоры.
6.

Морфология споры бактерий. Строение споры бактерий. Структура споры бактерий.
7. Споруляция бактерий. Стадии споруляции у бактерий. Расположение спор у бактерий.
8. Прорастание спор бактерий. Активация споры. Покоящиеся ( некультивируемые ) формы бактерий.
9. Генетика бактерий. Геном бактерии. Генотип бактериальной клетки. Фенотип бактериальной клетки.

Генетический материал бактерий.
10. Внехромосомные факторы наследственности бактерий. Плазмиды бактерии. Виды плазмид. Функции плазмид бактерий.

Внехромосомные факторы наследственности бактерий представлены плазмидами, вставочными последовательностями и транспозонами.

Все они образованы молекулами ДНК, различающимися между собой по молекулярной массе, кодирующей ёмкости, способности к автономному реплицированию и др.

Плазмиды бактерии. Виды плазмид. Функции плазмид бактерий

Плазмиды — фрагменты ДНК с молекулярной массой порядка 106~108 D, несущие от 40 до 50 генов. Выделяют автономные (не связанные с хромосомой бактерии) и интегрированные (встроенные в хромосому) плазмиды.

Автономные плазмиды существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться; в клетке может присутствовать несколько их копий.

Интегрированные плазмиды репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой. Интеграция плазмид происходит при наличии гомологичных последовательностей ДНК, при которых возможна рекомбинация хромосомной и плазмидной ДНК (что сближает их с профагами).

Плазмиды также подразделяют на трансмиссивные (например, F- или R-плазмиды), способные передаваться посредством конъюгации, и нетрансмиссивные.

Плазмиды выполняют регуляторные или кодирующие функции.

Регуляторные плазмиды участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки посредством встраивания в повреждённый геном и восстановления его функций.

Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).

В соответствии с определёнными признаками, кодируемыми плазмидными генами, выделяют следующие группы плазмид:

F-плазмиды. При изучении процесса скрещивания бактерий оказалось, что способность клетки быть донором генетического материала связана с присутствием особого F-фактора [от англ. fertility, плодовитость]. F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров (F+) с бактериями-реципиентами (F”).

В связи с этим можно указать, что сам термин «плазмида» был предложен для обозначения «полового» фактора бактерий (Джошуа Лёдерберг, 1952). F-плазмиды могут быть автономными и интегрированными. Встроенная в хромосому F-плазмида обеспечивает высокую частоту рекомбинации бактерий данного типа, поэтому их также обозначают как Hfr-плазмиды от англ.

high frequency of recombinations, высокая частота рекомбинаций].

R-плазмиды [от англ. resistance, устойчивость] кодируют устойчивость к лекарственным препаратам (например, к антибиотикам и сульфаниламидам, хотя некоторые детерминанты устойчивости правильнее рассматривать как связанные с транспозонами [см. ниже]), а также к тяжёлым металлам. R-плазмиды включают все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку.

Неконъюгативные плазмиды обычно характерны для грамположительных кокков, но встречаются также у некоторых грамотрицательных микроорганизмов (например, у Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae). Они обычно имеют небольшие размеры (молекулярная масса примерно 1 — 10*106 D).

Обнаруживают большое количество мелких плазмид (более 30 на клетку), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве при клеточном делении. Неконъюгативные плазмиды могут быть также перенесены из клетки в клетку при наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид.

При конъюгации донор может передать и неконъюгативные плазмиды за счёт связывания генетического материала последних с конъюгативной плазмидой.

Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов — белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. Многие плазмиды, кодирующие образование бактериоцинов, также содержат набор генов, ответственных за конъюгацию и перенос плазмид.

Подобные плазмиды относительно крупные (молекулярная масса 25-150*106 D), их довольно часто выявляют у грамотрицательных палочек. Большие плазмиды обычно присутствуют в количестве 1~2 копий на клетку. Их репликация тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы.

Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. В частности F-, R-плазмиды и плазмиды бактериоциногении включают tox+-транспозоны (мигрирующий генетический элемент, см.

ниже), кодирующие токсинообразова-ние.

Нередко tox+-транспозоны кодируют синтез интактных протоксинов (например, дифтерийного или ботулинического), активируемых клеточными протеазами, образование которых контролируют гены бактериальных хромосом.

Скрытые плазмиды. Криптические (скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы обнаружить по их фенотипическому проявлению.

Плазмиды биодеградации.

Обнаружен также ряд плазмид, кодирующих ферменты деградации природных (мочевина, углеводы) и неприродных (толуол, камфора, нафталин) соединений, необходимых для использования в качестве источников углерода или энергии, что обеспечивает им селективные преимущества перед другими бактериями данного вида. Патогенным бактериям подобные плазмиды придают преимущества перед представителями аутомикрофлоры.

– Вернуться в оглавление раздела “Микробиология.”

Источник: //meduniver.com/Medical/Microbiology/78.html

ПЛАЗМИДА

Плазмиды

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

ПЛАЗМИДА, внехромосомный самовоспроизводящийся генетич. элемент (фактор наследственности) бактерий и нек-рых др. организмов.

Представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК, закрученную в суперспираль (см. Нуклеиновые кислоты). Размеры плазмид необычайно широко варьируют-от 2 тыс. до неск.

сотен тысяч пар оснований; нек-рые из них содержат 1-3 гена, другие достигают 10-20% размера бактериальной хромосомы.

Нек-рые плазмиды, наз. эписомами, обладают способностью существовать в двух состояниях – автономном и интегрированном.

В автономном состоянии эписома не является частью бактериальной хромосомы и реплицируется (самовоспроизводится) независимо, хотя и синхронно с ней. В интегрир. состоянии она реплицируется в составе хромосомы.

Способность обратимо включаться в состав хромосомы часто сопряжена с наличием в эписомах мигрирующих генетических элементов.

Большинство плазмид может передаваться от одной бактерии к другой при конъюгации клеток (трансмиссибельные плазмиды).

Такие плазмиды способны провоцировать конъюгацию между бактериями и тем самым обеспечивают собственную миграцию от клетки к клетке и распространение среди бактерий. Нетрансмиссибельные плазмиды передаются благодаря конъюга-тивным плазмидам-помощникам. Во мн.

случаях для переноса плазмид между клетками необязательна конъюгация последних. Так, мелкие плазмиды могут передаваться в виде коинте-гратов с бактериофагами (вирусами микробов).

Число копий плазмид в клетке зависит от их генетич. особенностей. Плазмиды, находящиеся под “ослабленным контролем”, могут реплицироваться до тех пор, пока каждая клетка не будет содержать в среднем от 10 до 200 копий.

Плазмиды, находящиеся под “строгим контролем”, реплицируются примерно с той же скоростью, что и хромосома, и содержатся в клетке в виде одной или неск. копий.

В обоих случаях благодаря контролируемой репликации число плазмид в клетке поддерживается постоянным в ряду поколений.

Помимо ряда общих ф-ций, свойственных очень многим плазмидам (таких, как автономная репликация или ф-ция переноса), существует множество спец. ф-ций, детерминируемых той или иной плазмидой. У бактерий наиб.

изучены три главные группы плазмид: F-плазмиды (факторы фертильности) ответственны за половой процесс, R-плазмиды (факторы резистентности) обеспечивают устойчивость бактериальных клеток к действию антибиотиков (напр.

, к стрептомицину и тетрациклину) и сульфаниламидным препаратам, в Col-плазмидах (колициногенных факторах) локализованы гены синтеза колицинов (бактерио-цинов) – токсичных белков, к-рые не действуют на производящую их клетку, но убивают др. бактерии.

Обусловленная плазмидами устойчивость бактерий к антибиотикам основана на разных механизмах, но чаще всего-на инактивации последних ферментами (напр., b-лактамазы), кодируемых плазмидами, или на избират. изменении проницаемости клеточной оболочки.

Среди плазмид, обеспечивающих устойчивость бактерий к антибиотикам, осн. массу составляют т. наз. факторы множеств, резистентности, несущие сразу неск. соответствующих детерминант. С помощью трансмиссибельных плазмид детерминанты резистентности легко могут распространяться между видами, способными к конъюгации.

На такие плазмиды гены резистентности могут передаваться с помощью транспо-зонов. Кроме детерминант лек. резистентности из числа функцией, элементов плазмид хорошо изучены гены нек-рых бактериальных токсинов, напр. энтеротоксинов, вырабатываемых возбудителями кишечных инфекций, носителями т. наз. Тох-плазмидами (факторов патогенности энтеробактерий).

Показана способность Тох-плазмид передаваться между бактериями в организме животных и человека. На этих плазмидах могут находиться также детерминанты резистентности к антибиотикам. В этой связи активно развивается новое направление в практич. бактериологии – поиск и создание в-в, избирательно подавляющих репликацию плазмид или экспрессию их генов.

Пример таких в-в – клавулановая к-та (ф-ла I) и ее производные – ингибиторы b-лактамазы.

Плазмиды не являются неотъемлемой составной частью бактериальной клетки, однако их наличие расширяет ее генетич. возможности. Плазмиды позволяют бактериям получать энергию необычными способами, напр. окислением водорода или метана. Плазмиды играют важную роль в эволюции бактерий, особенно в их быстрой адаптации к меняющимся факторам среды.

Плазмида с ослабленным контролем репликации широко применяется в качестве векторных молекул в генетической инженерии для решения биотехнол. задач.

Лит.: Мейнелл Г., Бактериальные плазмиды, пер. с англ., M., 1976; Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 3, M., 1985, с. 201-206; Плазмиды. Методы, под. ред. К. Харди, пер. с англ., M., 1990. П. Л. Иванов.

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

Еще по теме:

  • Плазмида – биохимический справочник

Источник: //www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3382.html

Плазмиды

Плазмиды

  1. Общие сведения
  2. Классификация плазмид

Общие сведения

Плазмиды были найдены в клетках представителей всех трех ветвей живого мира: Archea, Bacteria, Eukarya.

Плазмиды — это двуцепочечные ДНК-молекулы, которые существуют РІ клетках независимо РѕС‚ генома.

�ногда плазмиды могут встраиваться в состав генома клетки-хозяина. Такие плазмиды называются эписомами.

В одной клетке может содержаться до нескольких десятков различных плазмид.

Плазмиды могут быть линейными или кольцевыми, но чаще встречаются кольцевые плазмиды. Длина разных плазмид варьирует от тысячи до миллиона пар оснований.

Обычно плазмиды имеют небольшой размер по сравнению с размером генома бактерии. Например, типичные плазмиды бактерии E.coli с геномом длиной 4 млн.п.н. состоят из нескольких тысяч пар нуклеотидов.

ДНК-плазмида может кодировать от 2-3 до 90 генов.

Транскрипция и трансляция генетического материала плазмид осуществляется молекулярным аппаратом клетки-хозяина.

Плазмиды реплицируются независимо от ДНК-генома бактерий и практически независимо от стадии клеточного цикла.

Плазмиды передаются от клетки к клетке в ходе клеточного деления, а также при конъюгации.

Число копий плазмиды в клетке может существенно варьировать. Это зависит от генетических особенностей как клетки, так и плазмиды.

Плазмиды, находящиеся “РїРѕРґ ослабленным контролем”, РјРѕРіСѓС‚ размножаться РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° РёС… количество РЅРµ достигнет 10-200 РєРѕРїРёР№ РЅР° клетку (высококопийные плазмиды).

Если же плазмида находится “РїРѕРґ строгим контролем”, РѕРЅР° реплицируется СЃ той же скоростью, что Рё геном бактерии.

Такие плазмиды содержатся в клетке в одной или в нескольких копиях (низкокопийные плазмиды). Естественно, что для клонирования рекомбинантных ДНК стараются использовать плазмиды первого типа.

Классификация плазмид

  1. По способности инициировать процесс конъюгации
    1. Конъюгативные (половые, трансмиссивные)
      Р�меют более крупные размеры; содержат область tra-генов (tra – РѕС‚ TRAnsfer genes), то есть генов, белковые продукты которых обеспечивают конъюгацию. Продукты tra-генов вызывают формирование пили, образуют комплекс ферментов, изменяющих ДНК нужным образом РІРѕ время переноса, Р° также противодействуют прикреплению пилей РґСЂСѓРіРёС… бактерий Рє клеточной стенке данной.
    2. Неконъюгативные (нетрансмиссивные)
      Не содержат области tra-генов, а потому не способны к самостоятельной передаче генетического материала в другие бактериальные клетки. Однако могут использовать белковые продукты трансмиссивных плазмид из той же бактериальной клетки для передачи своего ДНК-материала в ходе конъюгации.
    3. Мобилизуемые
      Некоторые исследователи выделяют также класс мобилизуемых плазмид, которые содержат только часть tra-генов.

      Они также способны передавать свой ДНК-материал в ходе конъюгации, используя белковые продукты трансмиссивных плазмид, находящихся в той же клетке.

  2. По обычному числу копий плазмиды данного типа в клетках:
    1. Высококопийные
    2. Низкокопийные
  3. По группам несовместимости
  4. Совместимость — это способность РґРІСѓС… или нескольких плазмид стабильно сосуществовать РІ РѕРґРЅРѕР№ клетке. Родственные плазмиды обычно РЅРµ совместимы РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј, Рё вместе образуют РѕРґРЅСѓ РіСЂСѓРїРїСѓ несовместимости.

  5. По функции:
    1. Половые F-плазмиды (РѕС‚ англ. Fertility — способность Рє размножению). Содержат tra-гены, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ инициировать половой процесс Сѓ бактерий — конъюгацию.
    2. Плазмиды устойчивости — R-плазмиды (РѕС‚ англ. Resistance — устойчивость). РљРѕРґРёСЂСѓСЋС‚ белковые продукты, обеспечивающие устойчивость бактерий Рє антибиотикам Рё различным ядам.
    3. Col-плазмиды — содержат гены бактериоцинов — белков, подавляющих жизнедеятельность бактерий РґСЂСѓРіРёС… разновидностей. Средство Р±РѕСЂСЊР±С‹ Р·Р° существование.

      Название плазмиды РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РѕС‚ англ. Colicinogeny — колициногенность, С‚.Рµ. способность продуцировать колицин.

      Колицином был назван первый открытый бактериальный токсин, направленный против других бактерий. Он был обнаружен у бактерии E.coli, а потому назван колицином.

      Позднее подобные по функции вещества были найдены у многих других бактерий. Тогда класс веществ получил более точное название бактериоцинов.

    4. Плазмиды биодеградации — плазмиды, продукты которых позволяют утилизировать необычный пищевой или энергетический субстрат (например, салициловую кислоту).
    5. Вирулентные плазмиды, продукты которых способны сделать бактерию патогенной.

Чтобы пояснить значение плазмид для бактерий, обратимся к примеру.
Представим, что в среде обитания некой популяции бактерий появился антибиотик.

Если бактерии быстро не найдут средства защиты от антибиотика, вся популяция вскоре погибнет. Так чаще всего и происходит.

А теперь представим, что у одной бактерии из популяции оказались в наличии гены, кодирующие белки, способные, скажем, выбрасывать антибиотик, поступивший в клетку, наружу, во внеклеточную среду. Если такая бактерия сможет быстро поделиться своими полезными генами с другими бактериями популяции, то популяция продолжит свое существование, а вместе с ней и наша бактерия. Обмен генным материалом между разными бактериями популяции происходит с помощью плазмид.

Источник: //reforma33.narod.ru/plasmids.htm

Ваш Недуг
Добавить комментарий